Forskere udvikler en 15-minutters test til at vurdere immunrespons

Forskere fra Critical Analytics for Manufacturing Personalized-Medicine (CAMP) har udviklet en ny etiketfri immunprofileringsanalyse, der profilerer værtens hurtigt skiftende immunrespons i tilfælde af infektion, i en afvigelse fra eksisterende metoder, der fokuserer på at påvise selve patogenerne, som ofte kan være på lave niveauer i en vært. Denne nye teknologi præsenterer en række fordele i forhold til nuværende metoder, at være både meget hurtigere, mere følsom og præcis.

Det nye assay er beskrevet i et papir med titlen, "Mærkefrie biofysiske markører fra mikrofluidisk immunprofilering af fuldblod afslører alvorlige immunresponssignaturer, " offentliggjort for nylig i Lille , et ugentligt peer-reviewed videnskabeligt tidsskrift, der dækker nanoteknologi, og omfattede en pilotundersøgelse af 85 donorer rekrutteret fra National University Hospital (NUH) akutafdelingen. Avisen blev ledet af Dr. Kerwin Kwek Zeming, senior postdoc ved SMART CAMP, og medforfatter af professor Jongyoon Han, Principal Investigator ved SMART CAMP og professor i biologisk teknik og elektroteknik ved MIT, og Dr. Win Sen Kuan, forskningsdirektør, Akutmedicinsk afdeling, NUH.

I mange tilfælde, hovedsynderen bag sygdomsmanifestation, infektionens sværhedsgrad, og patientdødelighed er en alt for aggressiv værtsimmunrespons. For eksempel, Den spanske syge-pandemi i 1918 resulterede i et uforholdsmæssigt højt antal dødsfald blandt ellers raske unge voksne. Dette er blevet tilskrevet det nu velundersøgte fænomen med cytokinstorme, som udløser den hurtige frigivelse af immunceller og inflammatoriske molekyler og fremkaldes af en hyperaggressiv værtsimmunrespons. I et nyere eksempel, tilfælde af alvorlig COVID-19-infektion resulterer ofte i død via sepsis og et dysreguleret immunrespons, mens nuværende risikostratificeringsmetoder baseret på alder og komorbiditet fortsat er en væsentlig udfordring og kan være unøjagtige. I øvrigt, nuværende COVID-19-test forudsiger ikke sværhedsgraden af ​​immunresponset og kan således føre til ineffektiv udbredelse af ressourcer i sundhedsmiljøer.

I tilfælde af akut infektion, status for en patients immunrespons kan ofte være flygtig og kan ændre sig inden for få minutter. Derfor, der er et presserende behov for analyser, der er i stand til hurtigt og præcist at informere om immunsystemets tilstand. Dette er især vigtigt i tidlig triage blandt patienter med akut infektion og forudsigelse af efterfølgende forværring af sygdommen. På tur, dette vil give medicinsk personale bedre mulighed for at foretage mere nøjagtige indledende vurderinger og levere den passende medicinske respons. Dette kan sikre rettidig indgriben i akutmodtagelsen (ED) og forhindre indlæggelse på intensiv afdeling (ICU).

Det nye assay udviklet af SMART-forskere fokuserer på at profilere værtens hurtigt skiftende inflammatoriske respons, som er i en hyperaggressiv tilstand, kan føre til sepsis og død. En 15-minutters mærkefri immunprofileringsanalyse fra 20 µL ubehandlet blod ved hjælp af ukonventionelle L- og omvendt-L-formede søjler af DLD-mikrofluidisk teknologi blev udviklet, fungerer som en følsom og kvantitativ analyse af immuncellers biofysiske signaturer i forhold til realtidsaktiveringsniveauer af WBC'er. Da WBC'er aktiveres af forskellige interne eller eksterne triggere, analysen kan følsomt måle både omfanget og retningen af ​​disse ændringer, som igen afspejler en patients nuværende immunresponstilstand. Som sådan, det nye assay udviklet af SMART-forskere er i stand til præcist og hurtigt at vurdere patienters immunresponstilstande ved at profilere immuncellestørrelsen, deformerbarhed, fordeling, og celletal.

Væsentligt, det nye assay giver betydelige fordele i forhold til eksisterende metoder til profilering af immunsystemet og dets aktivitet. Disse omfatter måling af leukocyt-genekspression, celleoverflade biokemiske markører, og blodserumcytokinprofil. Især disse nuværende metoder kræver prøvefortynding eller forbehandlingstrin, samt arbejdskrævende, dyrt udstyr og antistofmærkningsprocedurer. Som resultat, disse metoder kræver generelt et par timer, som minimum, at returnere resultater. Dette er et vigtigt smertepunkt og ulempe i triage og skadestuen, hvor klinikere skal lave præcise kliniske vurderinger så tidligt som muligt. Den arbejds- og tidskrævende karakter af disse nuværende metoder begrænser betydeligt deres kliniske anvendelighed til hurtig triage og forhindrer deres bredere implementering inden for skadestuen eller intensivafdelingen.

I modsætning, da denne nye SMART-analyse kun tager 15 minutter, bruger kun 20 µL fuldblod, og kræver kun videooptagelses billedhastigheder på op til 150 fps, der er et betydeligt potentiale for, at teknologien kan udvikles til en bærbar enhed, der kan udføre point-of-care blodbesparende assays, som væsentligt kan forbedre diagnosen og differentieringen af ​​patienter i skadestuen og andre primære eller kritiske plejemiljøer. Denne applikation vil gøre det muligt for klinikere hurtigt at være i stand til at identificere udsatte patienter og træffe øjeblikkelige foranstaltninger for at afbøde eller forhindre organdysfunktion og andre negative virkninger af et hyperaggressivt immunrespons.

Hovedforfatter Dr. Kerwin Kwek sagde, "Vores nye DLD-assay vil hjælpe med at imødekomme et udækket behov på skadestuen og intensivafdelingen ved at reducere ventetiden på nøjagtige patientanalyseresultater markant. Dette kan føre til mere effektiv triage-beslutningstagning og mere passende og rettidig behandling, som er afgørende for at redde liv. Mere generelt, denne banebrydende teknologi giver ny indsigt i både konstruktionen af ​​præcisionsmikrofluidik og klinisk forskning."

Professor Jongyoon Han tilføjede, "I kølvandet på erfaringerne fra skadestuer på hospitaler over hele verden, især under COVID-19-pandemien, hvor læger er blevet konfronteret med at træffe vanskelige og til tider liv-eller-død beslutninger i triage, denne nye teknologi repræsenterer et enormt spændende og betydningsfuldt gennembrud. Ved at reducere den tid det tager for analyseresultater fra timer til få minutter, SMART CAMPs nye assay kan hjælpe med at redde liv, mens vi fortsætter med at bekæmpe plagen af ​​patogener og infektionssygdomme. Analysen vil også have bredere anvendelser, at give klinikere et nyt og mere effektivt værktøj på skadestuen og intensivafdelingen."